1、前 言
濟(jì)鋼中厚板廠精軋機(jī)自動(dòng)厚度控制系統(tǒng)使用德國Radiometrie 公司的RM200 C型γ射線測厚儀對(duì)鋼板進(jìn)行厚度測量，可測量厚度為5-50mm的鋼板。該系統(tǒng)對(duì)采集的模擬信號(hào)進(jìn)行計(jì)算機(jī)處理，具有自動(dòng)診斷及人工智能修正功能。做為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)LEVEL 1網(wǎng)的厚度值反饋給LEVEL 2網(wǎng)，從而使精軋機(jī)AGC壓下控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整軋制壓力及輥縫，保證鋼板成品厚度的準(zhǔn)確性。
2、前言射線測厚儀系統(tǒng)組成及探頭工作原理
2.1 測厚儀控制系統(tǒng)的組成
測厚儀控制系統(tǒng)由C型架、探頭放射源CS137（50Ci）、接收器，遠(yuǎn)程按鈕、計(jì)算機(jī)操作站、測量系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)通訊接口控制柜、冷卻及供風(fēng)系統(tǒng)。
2.2 探頭工作原理
探頭包括光電倍增器的高壓生成器，測量值處理系統(tǒng)和一個(gè)自動(dòng)溫度補(bǔ)償標(biāo)定系統(tǒng)。測量值的電流信號(hào)運(yùn)用電流積分的原理，并通過I/U信號(hào)轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)并放大。為保證測量信號(hào)在強(qiáng)烈波動(dòng)以及在長時(shí)間溫度變化的情況下保持穩(wěn)定，自動(dòng)標(biāo)定會(huì)把這種波動(dòng)限制在0.3%的范圍內(nèi)。原理如圖1所示。
圖1 探頭工作原理
3、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（Gauge Computer）組成
3.1 操作界面
操作者在計(jì)算機(jī)工作站通過計(jì)算機(jī)HMI（人機(jī)交互接口）對(duì)測厚儀系統(tǒng)進(jìn)行操作，即C型架的同步、移動(dòng)操作以及放射源的開/關(guān)操作。系統(tǒng)設(shè)計(jì)了多個(gè)操作界面來實(shí)現(xiàn)不同的功能。如檢測C型架的位置、系統(tǒng)的工作狀態(tài)、鋼板厚度測量數(shù)值及曲線，并可隨時(shí)對(duì)系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化校驗(yàn)等。
3.1.1 操作主界面
在此界面，可以對(duì)測厚儀進(jìn)行任何操作，包括：放射源的開/關(guān)，C型架的同步、移動(dòng)、定位，停止，檢測方式選擇，數(shù)據(jù)輸出顯示等。同時(shí)可進(jìn)行探頭的自動(dòng)校準(zhǔn)操作，在離線位置按下“標(biāo)準(zhǔn)化”按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行完整的標(biāo)準(zhǔn)化工作，對(duì)系統(tǒng)本身進(jìn)行回零標(biāo)定。在離線位置或C型架過熱或過冷時(shí)，若無鋼板過來，系統(tǒng)也可進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化工作，當(dāng)鋼板過來時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)化停止。它的目的其實(shí)只是在比較一下放射源開與關(guān)時(shí)的輸入信號(hào)的輸出電壓值，是否偏差，進(jìn)行調(diào)整，以保證每塊鋼板的檢測數(shù)據(jù)可靠。
3.1.2 側(cè)面曲線界面
在此界面，側(cè)面曲線圖可能直觀的顯示出鋼板在檢測過程中長度方向的每個(gè)點(diǎn)厚度值及整個(gè)鋼板的厚度分布。可以根據(jù)圖形分析鋼板在軋制過程中哪個(gè)部分的厚度超差，及時(shí)調(diào)整相應(yīng)的參數(shù)。
3.1.3 樣片校準(zhǔn)界面
為保證探頭檢測的準(zhǔn)確性，每隔一段時(shí)間要用標(biāo)準(zhǔn)純鐵樣片對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)。系統(tǒng)會(huì)根據(jù)探頭控制電路信號(hào)的飄移情況自動(dòng)給出糾正系數(shù)。一般每月做一次樣片校準(zhǔn)工作。
3.1.4 維護(hù)人員界面
維護(hù)人員可以在此界面中設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)，C型架的起始位置，檢測時(shí)間間隔、行程控制等。采集并顯示系統(tǒng)工作及靜態(tài)時(shí)的測量參數(shù)，如探頭電壓、電流值，脈沖信號(hào)等，為系統(tǒng)維護(hù)提供參考數(shù)據(jù)。
3.1.5 原始數(shù)據(jù)輸入界面
在聯(lián)機(jī)狀態(tài)下，此界面的參數(shù)通過乙太網(wǎng)直接來自精軋機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的LEVEL 2網(wǎng)，包括鋼坯的化學(xué)成分，當(dāng)前軋制溫度，環(huán)境溫度，鋼板尺寸，合金補(bǔ)償系數(shù)，溫度補(bǔ)償系數(shù)等。在單機(jī)狀態(tài)下，只能人工進(jìn)行輸入或修改。
3.1.6 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及打印界面
該系統(tǒng)可以自動(dòng)保存鋼板厚度測量數(shù)據(jù)及曲線圖，并可根據(jù)需要進(jìn)行輸出或打印。
3.2 系統(tǒng)硬件組成
測量的鋼板厚度模擬信號(hào)經(jīng)過控制電路處理后送到計(jì)算機(jī)操作控制站，轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)傳送至AGC控制系統(tǒng)，做進(jìn)一步的處理。該系統(tǒng)包括：
3.2.1 處理器單元
用實(shí)時(shí)處理器對(duì)測量值進(jìn)行計(jì)算，來實(shí)現(xiàn)對(duì)探頭和自動(dòng)診斷系統(tǒng)的控制。處理器單元包括一塊印刷電路板卡，數(shù)據(jù)線、地址線和控制線同時(shí)聯(lián)接到計(jì)算機(jī)主板上。同時(shí)使用高速數(shù)率總線控制系統(tǒng)，在任何時(shí)候它的配置可以擴(kuò)大，在面板上有LED指示燈顯示狀態(tài)。
3.2.2 測量、修正和電氣控制系統(tǒng)
測厚儀探頭處理器的這三個(gè)功能塊的主要作用：一是接收探頭的信號(hào)并轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)；二是根據(jù)每個(gè)測量方法的運(yùn)算法則對(duì)測量值進(jìn)行格式化；三是根據(jù)不同的操作模式控制探頭和測量設(shè)備的操作。
探頭處理器是模擬信號(hào)處理單元，它決定每一幅輸入、輸出電路圖像。而另一塊32位處理器（68030處理器）單元，用來處理接收的探頭測量值，并用MPC（MEMORY-PROGRAMMED CONTROL）集成塊來實(shí)現(xiàn)所有數(shù)據(jù)的控制功能。
3.2.3 中央處理器CPU
它包括一個(gè)實(shí)時(shí)的時(shí)鐘，主要用來執(zhí)行所有輸入、輸出的數(shù)字和模擬信號(hào)的控制命令。
3.2.4 處理器模塊68030
用來處理所有的測量值。68030處理器模塊通過一塊特殊的68030-MPC控制器與MPC進(jìn)行通訊。這個(gè)模塊還管理著乙太網(wǎng)的接口。
3.2.5 位置控制模塊
配置一塊快速輸入計(jì)數(shù)器來確定測厚儀探頭的當(dāng)前位置，并發(fā)給電機(jī)控制器一個(gè)±10V的模擬信號(hào)來控制電機(jī)前后運(yùn)行的速度。
3.2.6 其它模塊
電源模塊、MPC/68030控制器、模擬量輸入、輸出模塊、數(shù)字輸入、輸出模塊、通訊模塊等。
4、客戶機(jī)與AGC計(jì)算機(jī)的通訊及數(shù)據(jù)傳輸
客戶機(jī)（HOST COMPUTER）與AGC（自動(dòng)厚度控制）計(jì)算機(jī)（SERVER）的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和數(shù)據(jù)傳輸是通過68030處理器來實(shí)現(xiàn)的。主機(jī)主要用來設(shè)置測厚儀的參數(shù)和產(chǎn)品參數(shù)，以及遠(yuǎn)程控制，接收測量反饋值和狀態(tài)信息。
4.1傳輸協(xié)議
使用TCP/IP 通訊協(xié)議，數(shù)據(jù)是以報(bào)文（telegram）的形式發(fā)送的。
4.2 內(nèi)部時(shí)鐘的設(shè)置
內(nèi)部時(shí)鐘的設(shè)置用來保證客戶機(jī)與測量系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的同步。
4.3 數(shù)據(jù)存放
在測量系統(tǒng)中用2個(gè)緩沖區(qū)存放產(chǎn)品參數(shù)：當(dāng)前鋼板和下一塊鋼板。當(dāng)前鋼板測量后，下一塊鋼板的參數(shù)自動(dòng)進(jìn)入當(dāng)前緩沖區(qū)。一般來講，當(dāng)前緩沖區(qū)的鋼板正在進(jìn)行測量和使用時(shí)，新的產(chǎn)品數(shù)據(jù)同步送到下一個(gè)緩沖區(qū)。
4.4 修正補(bǔ)償
將測量值與設(shè)置值進(jìn)行比較，差值反饋回AGC控制系統(tǒng)并運(yùn)用數(shù)據(jù)補(bǔ)償系統(tǒng)（包括合金補(bǔ)償、溫度補(bǔ)償、密度補(bǔ)償?shù)龋瑴y量系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)修正，調(diào)節(jié)下一塊鋼板的測量環(huán)境，以保證測量值的精確性。
5、測量精度
由于鋼板的軋制溫度、鋼種化學(xué)成分的不同，因此在測量過程中，系統(tǒng)根據(jù)各種不同的合金組成、溫度等做了相應(yīng)的補(bǔ)償。為保證測量精度，系統(tǒng)提供純鐵樣片，用校準(zhǔn)操作界面可進(jìn)行對(duì)純鐵樣片的比對(duì)，從而自動(dòng)調(diào)節(jié)厚度測量的補(bǔ)償系統(tǒng)。
5.1 溫度補(bǔ)償
該系統(tǒng)對(duì)鋼板厚度的測量值，測量溫度為600~1100℃，考慮到測量溫度、膨脹曲線、合金組成等因素，系統(tǒng)內(nèi)部再行再計(jì)算，將溫度修正為20℃時(shí)的厚度值，既，雖然當(dāng)前測量的鋼板是剛出軋機(jī)的熱鋼板，還未經(jīng)矯直、剪切等工序，但這個(gè)測量值己經(jīng)是鋼板冷卻后成品的厚度值。
5.2 合金、密度補(bǔ)償
若是使用L2網(wǎng)與精軋機(jī)控制系統(tǒng)相聯(lián)，則鋼種合金成分及密度直接通過乙太網(wǎng)傳送到操作終端，若是單機(jī)工作，則需人工將鋼板的合金組成及密度，這個(gè)數(shù)據(jù)非常重要，因?yàn)橄到y(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)的合金百分比計(jì)算出該鋼種響應(yīng)的吸收系數(shù)，得到最終的合金修正因數(shù)，不同的鋼種有不同的吸收系數(shù)，直接影響到測量值的準(zhǔn)確性。
5.3 交叉面和長度面的測量
當(dāng)C型架在輥道中心線時(shí)，測厚儀進(jìn)行長度方向的測量，這時(shí)測厚儀只進(jìn)行鋼板中心線長度方向測量，鋼板在輥道上勻速前進(jìn)，將測量值取平均值，這個(gè)平均值實(shí)際是一個(gè)算術(shù)值，反饋給計(jì)算機(jī)HMI；交叉面的測量是對(duì)鋼板進(jìn)行寬度方向的精密測量，鋼板必須停止，C型架從中心線---輥道邊---輥道另一邊---中心線移動(dòng)一個(gè)來回檢測鋼板，既在寬度方向進(jìn)行測量，然后重新開始長度面的測量。一般情況下，我們使用長度方向測量，若要分析整張鋼板的厚度分配情況，則可使用交叉面測量。
5.4 標(biāo)準(zhǔn)樣片的校準(zhǔn)
將標(biāo)準(zhǔn)純鐵樣片與生產(chǎn)測量值比較，如果兩個(gè)數(shù)值相近，則說明系統(tǒng)的計(jì)算是準(zhǔn)確的。方法如下：將實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)樣片放在系統(tǒng)的樣片測量架上，在操作站的操作畫面上輸入?yún)⒖贾担悠穸龋┗蚰繕?biāo)值，按下分類計(jì)算按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)測量樣片厚度，并根據(jù)測量樣片的實(shí)際測量值與樣片標(biāo)準(zhǔn)值的差異，自動(dòng)給出系統(tǒng)的分類因數(shù)，這個(gè)分類因數(shù)將直接影響到測量效果。在一般情況下，當(dāng)使用自動(dòng)校準(zhǔn)功能后，仍感到測量值與目標(biāo)值有差距時(shí)，就要使用該樣片校準(zhǔn)，對(duì)系統(tǒng)重新進(jìn)行標(biāo)定，給出正確的分類因數(shù)。
5.5 指數(shù)過濾器
對(duì)于線性過濾器來講，無論數(shù)據(jù)有多“舊”，它們的分量是平等的。但對(duì)于指數(shù)過濾器來講，它大大減少了“舊”的數(shù)據(jù)的含量。過濾因數(shù)α介于0與1之間。先前連續(xù)測量值過濾公式如下：
Mnew ＝α*Anew＋（1－α）*Mold
Mnew：新的計(jì)算平均值；Anew：當(dāng)前測量值；Mold：上次計(jì)算平均值
用戶可根據(jù)自己的要求設(shè)置α，來削弱當(dāng)前測量值的比例。起到調(diào)整測量值準(zhǔn)確度的目的。
5.6 測量數(shù)據(jù)
一般我們要求測量值精確到小數(shù)點(diǎn)后三位，在樣片校準(zhǔn)時(shí)可精確到小數(shù)點(diǎn)后四位。而目前用戶交貨允許到小數(shù)點(diǎn)后二位，因此，測量精度精度的提高，大大提高了我們的軋制質(zhì)量，滿足較高要求的厚度控制。
6、結(jié)束語
該γ射線測厚儀于2002年4月在濟(jì)鋼中厚板廠投入使用，經(jīng)過現(xiàn)場考核，在鋼板厚度測量及控制方面起到了重要的作用，保證了鋼板軋制厚度的準(zhǔn)確性。數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)修正，自動(dòng)校準(zhǔn)，數(shù)據(jù)補(bǔ)償計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用避免了人為誤差，提高了作業(yè)效率，并帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，該系統(tǒng)在軋鋼企業(yè)具有很好的應(yīng)用前景。
